.材料表面与界面---研究生教案.pptVIP

六、陶瓷晶界结构 1、电容器陶瓷晶界 自学 2、压电陶瓷晶界 3、半导体陶瓷晶界 4、超导体陶瓷晶界 第二部分 材料表面振动 在晶体表面周期性受到破坏时，将类似于晶格的缺陷，可能存在局域于表面的振动模，即表面振动，并将形成表面波。 表面振动的振幅常比体内更大。 可参《固体物理导论》教材 2.1 连续介质的表面波 一、一维单原子链 一维单原子线性链示意图（弹簧连接） a un un+1 un-1 原子n在平衡位置的位移 n+1原子的位移 n-1原子的位移 第n个原子的牛顿运动方程为： a un un+1 un-1 原子n在平衡位置的位移 利用对称性原理，第n个原子的位移un的解为： 为原子振幅。 式中，M为原子质量，?为耦合常数，ux为位移。 二、一维双原子链 第n个原子的牛顿运动方程为（有M质量原子和M’质量原子）： 利用对称性原理，第n个原子的位移un和u’n的解为： 为原子振幅。 a un un+1 un-1 原子n在平衡位置的位移 三、表面晶格振动与力常数 晶体中第?个面的运动方程为： M为原子质量，u?为第?个面的位移，C ?.p 为第?个面和第p个面的面间力常数。 利用上述运动方程，借助二维平移对称性，可获得面间力常数C?.p的解析式。 了解 2.2 晶体的表面振动 2.4 声子表面波 2.5 界面电磁声子 2.3 吸附表面的振动 2.6 表面声子的电子能谱测量 自学 (了解) 各向同性晶体与各向异性晶体 第三部分 金属表面的电子态 胶体(Jellium)模型： 简单金属的价电子被共有化成电子气，与离子实的相互作用很小，因此，把价电子看成是在均匀连续分布的正背景电荷中运动，即所谓的胶体模型。 3.1 局域能态密度及积分态密度 一、一维双端无限势垒模型 由于金属的价电子处于连续分布的正电荷背景中（胶体模型），平均势场为零，但要逸出表面必须克服相当高的势垒---表面势垒。 由于表面势垒，体内电子态的分布在表面将发生变化。该变化可从体内波函数在表面区域的变化来分析。 一维无限势垒模型 Z=0 Z=L L ?(z) V(z) 电子运动轨迹 波函数 1、波函数与能量本征值 * * 课程主要内容： 一、材料表面与界面的结构 二、材料表面振动 三、材料表面电子态（金属、半导体） 四、材料表面吸附 五、薄膜与非晶的表面与界面特性 六、外来粒子与表面的相互作用 七、材料表面与界面的分析方法 第一部分 材料表面与界面的结构 1.1 固体的表面 一、理想表面 d 内部 表面 理想表面示意图 理论上结构完整的二维点阵平面。 理论前提： 1、不考虑晶体内部周期性势场在晶体表面中断的影响； 2、不考虑表面原子的热运动、热扩散、热缺陷等； 3、不考虑外界对表面的物理-化学作用等； 4、认为体内原子的位置与结构是无限周期性的，则表面原子的位置与结构是半无限的，与体内完全一样。 二、清洁表面 不存在任何吸附、催化反应、杂质扩散等物理-化学效应的表面。 1、台阶表面 --- 表面不是平面，由规则或不规则台阶组成。 （表面的化学组成与体内相同，但结构可以不同于体内） 晶面1（平面） 晶面3 （连接面） 晶面2 （立面） 清洁表面可分为三种： 台阶表面、弛豫表面 、重构表面 2、弛豫表面 --- 指表面层之间以及表面和体内原子层之间的垂直间距ds和体内原子层间距d0相比有所膨胀和压缩的现象。可能涉及几个原子层。 ds 内部 表面 d0 3、重构表面 --- 指表面原子层在水平方向上的周期性不同于体内，但在垂直方向上的层间间距d0与体内相同。 d0 内部 表面 d0 三、吸附表面 在清洁表面上有来自体内扩散到表面的杂质和来自表面周围空间吸附在表面上的质点所构成的表面。 吸附表面可分为四种吸附位置： 顶吸附、桥吸附 、填充吸附、中心吸附 顶吸附 桥吸附 填充吸附 中心吸附 俯视图 剖面图 四、表面自由能 在建立新表面时，邻近原子将丢失，键被切断，因此，必须对系统作功； 同样，在一定温度和压力下，并保持平衡条件，若增加表面能，系统也必须作功。 对所有单组分的系统，表面总的自由能改变为： G---表面自由能； S---熵； T---温度 V---体积； p---压力； ? ---表面张力； A---表面积 五、表面偏析 杂质由体内偏析到表面，使多组分材料体系的表面组成与体内不同。 将偏析与表面张力联系起来： (1) 若?2 ?1, 表面张力较小的组分